熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的材質導體組成閉合回路，當兩端存在溫度梯度時，回路中就會有電流通過，此時兩端之間就存在電動勢—熱電動勢，這就是所謂的塞貝克效應。
兩種不同成份的導體(稱為熱電偶絲材或熱電極)兩端接合成回路，當接合點的溫度不同時，在回路中就會產生電動勢，這種現象稱為熱電效應，而這種電動勢稱為熱電勢。
熱電偶就是利用這種原理進行溫度測量的，其中，直接用作測量介質溫度的一端叫做工作端(也稱為測量端)，另一端叫做冷端(也稱為補償端);冷端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示儀表會指出熱電偶所產生的熱電勢。
而影響
熱電偶溫度傳感器工作的因素也很多，其中插入深度、響應時間、熱阻抗增加、熱輻射四個因素是最主要的因素，以下做詳細介紹。
熱電偶測溫點的選擇是最重要的。測溫點的位置，對于生產工藝過程而言，一定要具有典型性、代表性，否則將失去測量與控制的意義。熱電偶插入被測場所時，沿著傳感器的長度方向將產生熱流。當環境溫度低時就會有熱損失。致使熱電偶溫度傳感器與被測對象的溫度不一致而產生測溫誤差。總之，由熱傳導而引起的誤差，與插入深度有關。而插入深度又與保護管材質有關。金屬保護管因其導熱性能好，其插入深度應該深一些，陶瓷材料絕熱性能好，可插入淺一些。對于工程測溫，其插入深度還與測量對象是靜止或流動等狀態有關，如流動的液體或高速氣流溫度的測量，將不受上述限制，插入深度可以淺一些，具體數值應由實驗確定。
在高溫下使用的熱電偶溫度傳感器，如果被測介質為氣態，那么保護管表面沉積的灰塵等將燒熔在表面上，使保護管的熱阻抗增大;如果被測介質是熔體，在使用過程中將有爐渣沉積，不僅增加了熱電偶的響應時間，而且還使指示溫度偏低。
